При водяном охлаждении конденсат охлаждается проточной водой. При использовании системы оборотного водоснабжения требуется установка градирни. Чиллер с охлаждением водой может иметь тепловой насос или быть без него. Возможно также охлаждение конденсаторов проточной водой, поступающей из естественных водоёмов. Чиллер с водяным охлаждением монтируется внутри помещения. Обязательного размещения на улице не требуется. У воды термодинамические характеристики более выгодны, это позволяет снизить размер теплообменника. Отсутствие потребности в воздухе снаружи позволяет разместить чиллер, использующий водяное охлаждение, в техническом помещении внутри здания. Возможно размещение чиллеров с водяным охлаждением в подвале здания, в помещении технического этажа или на насосной станции.